Quantenmechanik von Planck bis Zeilinger

Lieber Rainer!

- Tut mir leid, Rainer, als ich meine eigene Aussage als falsch und zwar total falsch, bezeichnete, lag ich falsch, hahaha.
- Ich finde das Zeilinger Video nicht.
- Heute und morgen nur „Quanten Basic’s"... und nur kurz.

Die Quantenverschränkung , wenn zwei oder 100 (Vielteilchensysteme) Quantenobjekte oder Quantensysteme miteinander verbunden sind, bleiben ihre Zustände miteinander verknüpft, unabhängig von der Entfernung zueinander. Die Messung an einem Teilchen hat ein völlig zufälliges Ergebnis und bestimmt unmittelbar den Zustand des anderen, verschränkten Teilchens, der damit vorhersehbar war.

Nach einer Messung/durch eine Messung kollabiert in einem Quantensystem die Wellenfunktion, , siehe unten, was „kollabiert“, ist nichts Physikalisches, sondern nur der Informationsmangel des Beobachters, das System befindet sich nicht mehr in Superposition, sondern im sog. „Eigenzustand“, weitere Messung(en) führt zum gleichen Ergebnis - sie haben aber nichts mehr mit Zufall zu tun.  (Sofern keine nachfolgende Wechselwirkung auftritt, die das System in einen neuen Zustand überführen könnte.)

Durch eine Messung werden die Quanteninformationen über die Überlagerung vor der Messung sowie allen anderen Möglichkeiten eliminiert. Siehe unten.

Vielteilchensysteme: Wenn man statt nur zwei oder mehr verschränkter Quantenbits zur Kodierung von Quanteninformationen oder viel mehr wie z.B.100 hat, ist die zusätzliche Informationsmenge, die in diesen Teilchen steckt, im Vergleich zu einem klassischen Speicher gigantisch, da sie exponentiell wächst.

Es muss nicht zum Kollaps der Wellenfunktion durch eine Messung kommen:
Physiker am MPQ haben eine neue Methode entwickelt, um die Verschränkung von zwei entfernten atomaren Qubits zerstörungsfrei zu detektieren.
www.mpq.mpg.de/6520992/05-revealing-eins...ithout-destroying-it

Quanten-Dekohärenz (das leidige Haar in der Suppe) in der Quantenphysik ein Prozess, bei dem ein Quantensystem seine quantenmechanischen Eigenschaften wie Superposition und Verschränkung verliert, indem es mit seiner Umgebung (auch den Mess-Tools) interagiert. Diese Interaktion führt zu einem Informationsaustausch zwischen Quanten-System und (Makro)-Umgebung, was die quantenmechanische Kohärenz des Systems zerstört. -
Natürlich wird an diesem Problem „getüftelt“ um es zu lösen oder einzuschränken.

In der Quanteninformatik ist ein Qubit eine Einheit der Quanteninformation , die Quantenversion des klassischen Binärbits,  ein quantenmechanisches System mit zwei Zuständen (oder zwei Niveaus) eines der einfachsten Quantensysteme, das die Besonderheit der Quantenmechanik aufweist.

Warum geht Quanteninformation verloren?
Eine Messung führt dazu, dass die Quanteninformation, die in der Verschränkung des Qubits gespeichert ist, kollabiert, und, führt zu einer Übertragung von Entropie in die Umgebung. Diese Entropie repräsentiert die Unwissenheit über den Zustand des Qubits vor der Messung. Das Qubit ist dann nur noch in einem aller möglichen Zustände.
Die Messung ist prinzipiell irreversibel. Die Information über den Zustand des Qubits vor der Messung kann nicht wiederhergestellt werden.

Schutz dagegen?
Durch die Verschränkung von Qubits kann die Quanteninformation auf mehrere Qubits verteilt werden. Selbst wenn eines der verschränkten Qubits gemessen wird, kann die Quanteninformation auf den anderen Qubits erhalten bleiben.
Durch die Implementierung von Quantenfehlerkorrektur-Protokollen kann die Wahrscheinlichkeit eines Informationsverlusts aufgrund von Störungen reduziert werden.
Der Entwurf von Quantencomputern, die robust gegenüber Fehlern sind, ist wichtig, um die Quanteninformation während der Berechnung zu schützen.
Bei der Quantenkommunikation werden die gleichen fundamentalen Prinzipien der Quantenphysik genutzt, die Quantenkommunikation sicher machen, um zu verhindern, dass die übermittelte Information verloren geht. 


Zu Fragen über "Quanteninformation, die aktuell (seit der 2. Quantenrevolution, den 00-er Jahren circa) folgende neue Wissenschaften hervorbrachte = Quantencomputing, Quantenkryptographie und Quantennetzwerken", später.

Tschüss, Mondlicht

Mondlicht2 schrieb:

Es muss nicht zum Kollaps der Wellenfunktion durch eine Messung kommen:

Bei dem Experiment geht es NICHT um eine "Messung", sondern nur um die Prüfung OB die beiden Teilchen mit einander verschränkt sind.

Wenn dies so geht, ist das jedenfalls hochinteressant.

Ob das so geht, ist letztlich auch immer eine Frage der Präzision. Denn auch zB das Passieren der Spalten beim Doppelspaltexperiment ist ggf eine "Messung", dann nämlich, wenn die Wellenlänge größer als die Spalte ist und das Teilchen (Photon) gar nicht hindurchkommt. Misst man zB, ob das Teilchen den einen oder anderen Spalt passiert, dann muss man entsprechend hohe Energie anwenden, wodurch die Verschränkung oder Überlagerung aufgelöst wird, reduziert man die Energie jedoch, dann bleibt zwar die Verschränkung erhalten, doch das Messergebnis wird zu ungenau, um es überhaupt zu nutzen.

Die beiden Photonen werden zunächst vom ersten Atom-Resonator-System reflektiert, wandern dann über die Glasfaser hinüber zum zweiten Atom-Resonator-System, werden dort erneut reflektiert und danach schließlich gemessen.

Die Reflexion des Photons ist "eigentlich" eine Messung, aber es kommt wohl auf die Intensität an, ob dies zur Störung des Quantenzustands führt. Man sollte eigentlich erwarten, dass das Photon danach mit dem Teilchen verschränkt ist, wodurch die ursprüngliche Verschränkung der beiden Teilchen "erweitert" wird, und nur noch insgesamt ausgelesen werden kann. Ob die zweite Reflexion dies aufhebt oder kompensiert, kann ich nicht sagen. Ich denke aber, dass eher die Intensität gering gehalten wird, so dass die Veränderung im Rahmen der Messgenauigkeit unbeachtlich ist.

Rainer Raisch schrieb:

Bei dem Experiment geht es NICHT um eine "Messung", sondern nur um die Prüfung OB die beiden Teilchen mit einander verschränkt sind.

Ja. Im Bericht heißt es, "dass die Verschränkung gemessen wird, ohne die Qubits zu entkoppeln". Also wird nur die Tatsache einer Verschränkung festgestellt, In gewissen Sinn ist das zwar auch eine Messung, aber nicht nicht wie üblich des Quantenzustands, was die Qubits entkoppeln würde. Sie bleiben ganz unbeeindruckt in Superposition.

Steinzeit-Astronom schrieb:

In gewissen Sinn ist das zwar auch eine Messung, aber nicht nicht wie üblich des Quantenzustands

Das ist die große Frage, ob das wirklich "anders" ist, ich habe dazu meinen vorigen Post noch erweitert.

Rainer schrieb:

Bei dem Experiment geht es NICHT um eine "Messung", sondern nur um die Prüfung OB die beiden Teilchen mit einander verschränkt sind.

Wenn dies so geht, ist das jedenfalls hochinteressant.

Okay, okay, im Artikel steht Detektion. Für mich eine Messung - entspricht - Detektion, bei der es nicht zum Kollaps der Wellenfunktion kommt, siehe unten.

Wenn ich kurz die Zeit nach der 2. Quantenrevolution Revue passieren lasse und erläutere, vor welchen Herausforderungen die Quantentechnologien heute steht (die Verschränkung nutzen) wird dir, Rainer, der Wert der genannten Arbeit vielleicht deutlicher. Du kannst gern bei "ABER" weiterlesen und so Zeit sparen.

Seit Zeilinger die erste Quanten-Teleportation zwischen „Sender“ Alice und „Empfänger“ Bob erfolgreich durchführte, ich glaube es war eine Banküberweisung und die Entfernung betrug ein paar Meter, und ich war ein Kind und staunte, ist ein Vierteljahrhundert vergangen, und so Vieles wurde auf den Weg gebracht, neue Quantenwissenschaften entstanden…
Ein bedeutender Aspekt der Forschung von AZ und Team, war der Nachweis, dass verschränkte Photonen zur Implementierung von Quantennetzwerken verwendet werden können. Zeilingers Experimente, die sowohl terrestrische als auch satellitenbasierte Methoden untersuchten, haben das Potenzial von Quantenkommunikationsnetzwerken aufgezeigt, die globale Datenübertragungen sicher und zuverlässig gestalten könnten. Seine Pionierarbeit auf diesem Gebiet hat die Quantenkommunikation von einem theoretischen Konzept zu einer greifbaren Möglichkeit entwickelt und inspiriert weltweit Forscher und Ingenieure, dieses Potenzial weiter zu erschließen.
Zeilingers Vision eines sicheren Quantenkommunikationsnetzwerks, das weltweit operiert, ist ein bedeutender Schritt in Richtung der Umsetzung einer Quanten-Internet-Infrastruktur. Diese Technologie könnte nicht nur eine sichere Datenübertragung gewährleisten, sondern auch als Grundlage für weitere Anwendungen in der Kryptographie und Informationsverarbeitung dienen.

Ich bin begeistert und voller Respekt!

ABER

Nach Jahren des Erfolgs; die Quantenteleportations Entfernungen wurden lang und länger, und diese immer größer gewordenen Distanzen, stellten zunehmend die praktische Umsetzung der Quantenkommunikation vor einer Reihe technischer Herausforderungen. Ein zentrales Problem ist die Dekohärenz , bei der die Verschränkung verschränkter Teilchen mit der Zeit oder bei Störungen zerfällt. Die Übertragung von Photonen über lange Distanzen, wie in einem Kommunikationsnetzwerk, erhöht das Risiko der Dekohärenz. Quanteneigenschaften gehen verloren. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass die Quanten-Teleportation klassische Kommunikation erfordert, um die Ergebnisse der Messungen zwischen den beiden Parteien auszutauschen. Diese klassische Kommunikation unterliegt der Lichtgeschwindigkeit und stellt eine fundamentale Grenze für die Geschwindigkeit der Quanten-Teleportation dar. Quanteninformationen sind extrem empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen und Störungen, können zu Fehlern bei der Berechnung führen und erfordern daher komplexe Verfahren zur Fehlerkorrektur und Abschirmung.

Das ist das leider das „fette Haar in der Suppe der Quanten-techno-erfolge“ und es ist noch nicht wirklich gelöst. Um zu überprüfen, ob eine Verschränkung noch besteht (ohne sie durch die Überprüfung zu zerstören) ist aus meiner Sicht eine große Hilfe!

Aktuellere Lösungen umfassen die Entwicklung von Quantenrepeatern , die es ermöglichen, die Signalstärke und -qualität über lange Distanzen zu stabilisieren. Quantenrepeater fungieren als Verstärker für verschränkte Zustände und sorgen dafür, dass verschränkte Photonen ihre Verbindung trotz räumlicher Trennung beibehalten. Diese Technologie befindet sich jedoch noch im Entwicklungsstadium…

Mondlicht2 schrieb:

Okay, okay, im Artikel steht Detektion. Für mich eine Messung

Ja, für mich auch, aber es ist eben keine Messung des Quantenzustandes, sondern der Verschränkung.

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Okay, okay, im Artikel steht Detektion. Für mich eine Messung

Ja, für mich auch, aber es ist eben keine Messung des Quantenzustandes, sondern der Verschränkung.

 

Wenn die (relativ neue) Methode des MPQ den Quantenzustand messen würde, ginge doch damit die Verschränkung flöten, und die Wellenfunktion kollapierte, darin sähe ich keinen Sinn - zumindest solange man (noch gar nicht) messen WILL. Ich suchte wenn ich erhrlich bin nur einen Link (mit dem "richtigen" Ausdruck  ) und las gar nicht gründlich, ist ja schon drei Jahre alt. Hej, mein Lieber, Mensch, ich habe mich fast perfekt verständlich ausgedrückt. wow, yiepee, fast...
(hahaha, du hattest verstanden, oder gehofft, dass die Physiker am MPQ eine Messung am Quantensystem vornehmen und dabei die Wellenfunktion nicht kollabiert? Hahahahaha, leider leider, unrealistisch, noch, ich poste erst wieder, nachdem ich dreimal editiert habe, um weiteren Mißverständnissen vorzubeugen. Hahaha.

Nur kurz, wir hatten das:
Klassische Computer, die auf binären Logikgattern basieren, führen Berechnungen Schritt für Schritt aus. Diese sequentielle Berechnungsmethode ist zwar effektiv, aber bei sehr komplexen Aufgaben ineffizient.

Quantencomputer* können hingegen durch Quantenparallelität und Verschränkung mehrere Zustände gleichzeitig bearbeiten, was ihnen erlaubt, exponentiell mehr Informationen in kürzerer Zeit zu verarbeiten.**

Google's Bristlecone mit 73 Qubits - www.spektrum.de/news/google-enthuellt-bi...ntencomputer/1549295


In aller Munde sind aktuell, wenn auch "Zukunftsmusik", Q-Internet und analog zum Web, Q-Kommunikationsnetzwerke, auch unter QC. Dazu wird u.a. Q-Verschränkung und Q-Teleportation gebraucht. Eine Herausforderung sind nicht nur die Dekohärenz sondern auch die geringe Datenmenge, die man im Augenblick teleportieren kann...mmh. Eine Frage der Zeit sicherlich.

IBMs erster kommerziell nutzbarer Quantencomputer IBM Q System - en.wikipedia.org/wiki/IBM_Q_System_One


Hat einer von euch so ein Gerät?
Wie löste Google oder IBM das Problem der Dekohärenz??? Und warum sieht der QC von Google wie ein goldener Kronleuchter aus? HA!

* QC ist nicht gleich QC. Unterschieden wird zwischen universellen Quantenrechnern, auf denen prinzipiell jede Art von Rechenoperationen durchgeführt werden kann, und so genannten Quantenannealern, die – vergleichsweise – einfacher aufgebaut und nur für ganz bestimmte Aufgaben geeignet sind. So nutzt beispielsweise VW seit 2017 einen Quantenannealer von D-Wave, um in seinen Forschungslabs die Simulation von Verkehrsflüssen zu optimieren. Auch BMW forscht, um mit solchen Quantencomputern Arbeitsschritte von Fertigungsrobotern zu optimieren.
Neben IBM und Google bauen auch der chinesische Internetriese Alibaba und Start-ups wie Novarion, Rigetti oder D-Wave an den Superrechnern.

**Der Shor-Algorithmus , ermöglicht es QC große Zahlen wesentlich schneller zu faktorisieren als klassische Algorithmen; für die Kryptographie bedeutsam, viele Verschlüsselungsverfahren beruhen auf der Faktorisierung großer Zahlen. Quantencomputer könnten daher bestehende kryptographische Methoden obsolet machen und die Entwicklung neuer Verschlüsselungsverfahren erzwingen…